第1页：第三章油藏岩石的物理性质
第三章油藏岩石的物理性质岩石孔隙裂缝溶洞储集空间渗流通道油气储集层（油藏）储集油气的岩石储集其中的流体为油气提供孔隙性渗透性
第2页：储集岩的类型
岩石沉积岩如碎屑岩、碳酸盐岩等岩浆岩如花岗岩、玄武岩等如大理岩、片麻岩等变质岩(世界99%以上)沉积岩层碎屑岩储集层碳酸盐岩储集层我国大部分油田波斯湾盆地华北古潜山油田决定于碳酸盐岩的结构组分及其组合或结合关系决定于碎屑颗粒的大小及其组合或结合关系碎屑岩的孔渗特性碳酸盐岩的孔渗特性
第3页：第三章内容导览
第一节砂岩的骨架性质第二节油藏岩石的孔隙性第三节油藏流体饱和度第四节油藏岩石的压缩系数第五节油藏岩石的渗透性第六节油藏岩石润湿性和油水微观分布第七节油藏岩石的毛管力第三章油藏岩石的物理性质
第4页：砂岩的骨架性质
- 第一节砂岩的骨架性质砂粒的大小、形状、排列方式、胶结物的数量、性质及其胶结方式都将影响到岩石的孔渗特性
- 性质不同、形状各异、大小不等岩石的骨架砂粒胶结物孔隙：砂粒间未被胶结物或固体物质充填的空间除构成岩石骨架的碎屑颗粒以外的化学沉淀物质
第5页：砂岩的粒度组成
- 砂岩的粒度组成
- 构成砂岩的各种颗粒的相对含量
- 粒度组成分析结果的表示方法
- 粒度频率分布曲线(或直方图),粒度组成累计曲线粒度组成概率曲线
- 粒度评价指标
- ①不均匀系数②分选系数数字法曲线法
- 粒度组成的分析方法
- 筛析法沉降法薄片法
第6页：胶结物与胶结类型
- 泥质粘土矿物(遇水膨胀)灰质碳酸盐类矿物(遇酸反应)硫酸盐石膏和硬石膏(高温脱水)硅质硅酸盐(胶结最结实)
- 岩石的胶结物：
- 胶结类型：(
- 1)基底胶结(
- 2)孔隙胶结(
- 3)接触胶结(
- 4)杂乱胶结
第7页：储层岩石的孔隙
- 第二节油藏岩石的孔隙性一、储层岩石的孔隙和孔隙结构
- 1、孔隙岩石中未被碎屑颗粒、胶结物或其它固体物质充填的空间
- 裂隙(缝)孔隙空洞空隙砂岩的孔隙大小和形态取决于砂粒的相互接触关系、后来的成岩后生作用引起的变化以及胶结状况孔隙
第8页：孔隙结构与孔隙度
- 2、孔隙结构：岩石中孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系
- 孔隙结构对岩石储集性能和渗透能力有影响
- 岩石的孔隙结构与颗粒的大小、分选性质、颗粒接触方式等密切相关
- 二、储层岩石的孔隙度或：单位岩石体积中孔隙体积所占的比例
- 1.定义
- 岩石孔隙体积与岩石外表体积之比
第9页：孔隙度的分类
- 2.孔隙度的分类(
- 1)绝对孔隙度(
- 2)有效孔隙度岩石总孔隙体积或绝对孔隙体积岩石外表体积或视体积被油、气、水饱和且连通的孔隙体积岩石外表体积或视体积
第10页：流动孔隙度
- 岩石流动孔隙度与作用压差大小有关：压差越大,岩石孔隙中发生流动的流体体积越大,则流动孔隙度越大(
- 3)流动孔隙度与可动流体体积相当的那部分孔隙体积岩石外表体积或视体积三种孔隙度的关系：矿场资料和文献上不特别标明的孔隙度均指有效孔隙度
第11页：碳酸盐岩储层孔隙度
- 三、碳酸盐岩储层孔隙度φf——次生孔隙度(裂缝或孔洞孔隙度),小数
- φp——原生孔隙度,小数
- φt——总孔隙度,小数
- 储层岩石(砂岩)孔隙度评价
第12页：束缚水饱和度
- 第三节油藏流体饱和度一、油藏流体饱和度单位孔隙体积中流体所占的比例
- (同一油藏)二、束缚水饱和度分布和残存在岩石颗粒接触处角隅和微细孔隙中或吸附在岩石骨架颗粒表面，不可流动的水
- 1、束缚水单位孔隙体积中束缚水所占的比例
- 2、束缚水饱和度Swc
第13页：束缚水饱和度的影响因素
- 3、束缚水饱和度影响因素分析：①岩石的孔隙结构②岩石中泥质含量③岩石的润湿性岩石孔隙小，连通性差，束缚水饱和度大
- 随岩石亲水性的增强，束缚水饱和度增加
- 泥质含量增加，束缚水饱和度增大
第14页：残余油饱和度
- 油藏的原始含油饱和度
- 4、储量计算油藏的地质储量三、残余油饱和度
- 1、残余油被工作剂驱洗过的地层中被滞留或闭锁在岩石孔隙中的油
- 残余油占储层的孔隙体积的比例
- 2、残余油饱和度
第15页：油藏岩石的压缩系数
- 第四节油藏岩石的压缩系数一、油藏岩石的压缩系数Cp以岩石的孔隙体积为基数的压缩系数，1/MPa
- 矿场常用
- 油藏压力每变化单位压降时岩石孔隙体积的变化率
第16页：油藏综合压缩系数
二、油藏的综合压缩系数计算油藏的弹性采油量：
第17页：达西定律
- 第五节油藏岩石的渗透性岩石的渗透性：在一定的压差作用下，储层岩石让流体在其中流动的性质
- 其大小用渗透率表示
- 一、达西定律1856年、法国人、享利·达西未胶结砂充填模型水流渗滤试验
第18页：达西实验装置与绝对渗透率
达西实验装置达西方程：渗透率绝对渗透率：渗透率是油藏岩石的性能参数，其大小只取决于岩石本身，而与实验流体无关
第19页：气测渗透率
- 二、气测渗透率在岩石长度L的每一断面的压力不同，气体体积流量在岩石内各点上是变化的，是沿着压力下降的方向不断膨胀
- 玻义尔—马略特定律则：
第20页：气测渗透率计算公式
分离变量并积分，则：气测渗透率的计算公式：
第21页：克林肯柏格效应
- 液体在孔道中心的液体分子比靠近孔道壁表面的分子流速要高
- 而且,越靠近孔道壁表面,分子流速越低
- 靠近孔壁表面的气体分子与孔道中心的分子流速几乎没有什么差别
- 气体气体渗透率大于液体渗透率的根本原因Klinkenberg效应滑动效应或三、克林肯柏格效应同一岩石，气测渗透率总比液测渗透率高
- 实践发现
- 气体滑动效应示意图a-孔道中的液体流动
第22页：Klinkenberg实验结果
- Klinkenbeger实验结果(
- 1)不同平均压力下测得的气体渗透率不同(
- 2)不同气体测得的渗透率不同(
- 3)不同气体测得渗透率和平均压力的直线关系，当平均压力趋于无穷大时，交纵坐标于一点
- 等价液体渗透率Klinkenberg渗透率或
第23页：Klinkenberg渗透率公式
- Klinkenberg渗透率
- K∞—Klinbenberg渗透率,μm2
- 式中Kg—在平均压力和流量下测得的气体渗透率,μm2
- b—与岩石孔隙结构及气体分子平均自由程有关的系数,亦称Klinkenberg系数
- c—比例系数
- λ—气体分子平均自由程
- r—岩石孔隙半径
- —平均气体压力
第24页：渗透率评价分级
四、油藏岩石渗透率的评价
第25页：沉积作用对渗透率的影响
- 五、影响渗透率的因素
- 1、沉积作用对渗透率的影响砂岩的粒度分布范围越广，颗粒分选性越差，胶结物质含量越多，其渗透率就越低(
- 1)岩石结构和构造特征对渗透率的影响式中C——常系数,具体数值与岩石粒度有关
- d——岩石平均颗粒直径,μm
- a——岩石颗粒的标准偏差
- K——岩石渗透率,10-3×μm2
- 渗透率与平均颗粒直径的平方成正比，与颗粒的分选性成反比
第26页：孔隙结构对渗透率的影响
- (
- 2)岩石孔隙结构对渗透率的影响式中：φ——岩石孔隙度,小数
- r——孔喉半径,μm
- τ——迂曲度，表示孔道的曲折程度，τ=
- 1.5～
- 5.5
- 岩石两端面间连通孔隙的有效距离与其直线距离之比
第27页：成岩作用对渗透率的影响
- 2、成岩作用对岩石渗透率的影响主要表现为压实作用，胶结作用和溶蚀作用等方面(
- 1)压实作用
- 渗透率随上覆压力增加而降低(
- 2)胶结作用
- 胶结物质的沉淀和胶结作用都会使岩石的孔隙通道变小，喉道变细，孔隙曲折性增加，孔隙内表面粗糙度增大，因而引起岩石渗透率显著降低(
- 3)溶蚀作用
- 溶蚀作用对岩石渗透率有影响，一般使其变大
第28页：构造作用对渗透率的影响
- 3、构造(地应力)作用对渗透率的影响储层岩石在地下应力场的作用下，会形成断裂和微裂缝，裂缝对岩石渗透率的影响是巨大的：式中Kf——裂缝渗透率，μm2
- b——裂缝宽度，μm
- φr——裂缝孔隙度，小数
- 低渗、特低渗储层，若在构造(地应力)作用产生或存在微裂缝时极有可能变成具有中高渗透率的储层
第29页：流体与岩石相互作用
4、流体—岩石系统的相互作用对渗透率的影响流体和岩石接触以后或多或少地发生物理和物理化学作用水＋粘土矿物悬浮物沉淀胶质、沥青质和石蜡吸附流体流速过大造成微粒剥落运移渗透率下降
第30页：有效渗透率
- 1)定义
- 多相流体共存时，岩石允许每一相流体通过的能力(
第31页：相对渗透率
- 1)定义
- 多相流体共存时，每一相的有效渗透率与岩石绝对渗透率的比值
第32页：相对渗透率曲线
- 1)定义
- 相对渗透率与流体饱和度关系曲线(
- 2)典型的相对渗透率曲线油水相对渗透率A区：Sw≤Swi
- B区
- Swi<
- C区
- Sw≥1-Sor
第33页：相对渗透率曲线的应用
- (
- 3)相对渗透率曲线的应用①预测水驱油藏的最终采收率最终采收率＝＝②计算含水率===
第34页：润湿现象
第六节油藏岩石润湿性和油水微观分布润湿现象:干净的玻璃板上滴一滴水水迅速散成薄薄的一层干净的玻璃板上滴一滴水银水银聚拢形成球状在铜片上滴一滴水银水银呈馒头状
第35页：润湿的定义与润湿角
- 一、岩石的润湿性
- 1、润湿的定义液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象
- 2、衡量润湿性的参数润湿角θ油水对固体表面的润湿平衡1－水2－油3－固体过气液固或液液固三相交点对液滴表面所作的切线与液固表面所夹的角
- 定义
- (从极性大的一端算起)
第36页：油水润湿平衡示意
所以由于3－固体1－水2－油油水对固体表面的润湿平衡
第37页：润湿性的判断
- 3、润湿性的判断θ<
- 90°岩石表面亲水θ=90°岩石表面中间润湿θ>
- 90°岩石表面亲油θ＝0°岩石表面完全水湿岩石表面完全油湿θ=180°天然岩石的表面性质（矿物成份和粗糙度等）大量实验表明：岩石的润湿性主要取决于原油中极性组分的含量
第38页：油水的微观分布
- 二、油水的微观分布
- 1、亲水岩石中的油水分布
- 2、亲油岩石中的油水分布
第39页：亲水与亲油岩石水驱效果
- 注水开发油田亲水岩石:亲油岩石:位于孔道中间的油很容易被驱替出位于岩石颗粒表面和微孔隙中的油很难驱替出来水驱结束后孔隙空间只剩下被分割的油滴亲水岩石的水驱采收率大于亲油岩石的水驱采收率
- 同样条件下
第40页：毛管力与弯液面上升
第七节油藏岩石的毛管力一、弯液面在毛细管中上升的现象毛管力
第41页：毛管力的影响因素
- 归纳如下：(
- 1)毛管力是两互不相溶的液相间的界面张力与其对第三相(固相)的润湿程度的综合反映(
- 2)毛管力Pc与cosθ成正比,θ＜90°,毛管亲水，Pc为正值,弯液面上升
- θ＞90°,毛管憎水(亲油)，Pc为负值,弯液面下降(
- 3)毛管力Pc和两相界面的界面张力σ成正比(
- 4)毛管力Pc和毛管半径r成反比,毛管半径越小,毛管力则越大,毛管中弯液面上升(或下降)高度越大
第42页：油藏流体过渡带
- 二、毛管力公式的应用
- 1、油藏中流体界面是过渡带对于气-液界面：对于油-水界面：过渡带高度取决于最细的毛管中的油(或水)柱的上升高度
- 因为ρw-ρo＜ρo,所以油-水过渡带比气-液过渡带宽,且油越稠，ρw-ρo越小,油水过渡带越宽
- σog很小,故气-液过渡带高度较小
第43页：毛管力与驱油动力
- 当毛管倾斜时,水沿毛管上升,但垂直高度不变
- 当毛管水平放置时,毛管力则成为水驱油的动力
- 若岩石亲油,毛管力将阻止水进入毛管,从而成为水驱油的阻力
- 2、岩石亲水,毛管力是水驱油的动力,否则毛管力是水驱油的阻力
第44页：毛管力方向判断润湿性
- 毛管力的方向主要受控于流体对岩石的选择性润湿
- 3、判断岩石的润湿性岩石自动吸入流体的能力与毛管力的大小、方向有关
第45页：贾敏效应
- 4.贾敏效应
- 液珠或气泡通过孔隙喉道时,产生的附加阻力称为贾敏效应
- 调剖堵水
- 封堵大孔道、调整流体渗流剖面，通过增加驱替液的波及体积来提高原油采收率
第46页：毛管力曲线的基本特征
- 三、岩石毛管力曲线的基本特征
- 1、毛管力曲线的基本特征初始段中间平缓段末端上翘段随压力的增加,非湿相饱和度缓慢增加
- 表面孔或较大的缝隙非湿相饱和度－－麻皮效应中间平缓段越长,说明岩石喉道的分布越集中,分选越好
- 平缓段位置越靠下,说明岩石主要喉道半径越大
- 主要的进液段随着压力的升高,非湿相将进入越来越细的孔隙喉道,但进入速度越来越小,最后曲线与纵坐标轴几乎平行,即压力再增加,非湿相不再进入岩样
第47页：阈压与最大喉道半径
- 2、毛管力曲线的特征参数非湿相流体开始进入岩心中最大喉道的压力或非湿相开始进入岩心的最小压力PT称为阈压,或“入口压力”或“门坎压力”(
- 1)阈压PT最大喉道半径rmax渗透性好的岩石,阈压均比较低
- 反之,阈压比较大
第48页：饱和度中值压力
- (
- 2)饱和度中值压力Pc50指驱替毛管力曲线上非湿相饱和度为50%时对应的毛管压力,简称中值压力
- 中值半径r50因为岩石的孔隙分布接近正态分布,所以r50可定性地视为岩石的平均喉道半径的大小
- 岩石物性越好,Pc50越低,r50越大
- 物性差的岩石,Pc50很高,甚至在毛管力曲线上读不出来(曲线上非湿相饱和度小于50%)
第49页：最小湿相饱和度
- 当驱替压力达到一定值后,压力再升高,湿相饱和度也不再减小，毛管力曲线与纵轴几乎平行,此时岩心中的湿相饱和度称为最小湿相饱和度Smin(
- 3)最小湿相饱和度Smin对于亲水岩石,Smin相当于岩石的束缚水饱和度
- 湿相饱和度Smin越小，表明岩石含油饱和度越大
第50页：退汞效率
- 退汞曲线
- 压力接近零时岩心中的含汞饱和度称为最小含汞饱和度SKpmin(相当于亲水油藏水驱后的残余油饱和度)
- 退汞效率WE相当于强亲水油藏的水驱采收率(
- 4)退汞效率WE进汞曲线：最高压力点对应的岩心中的含汞饱和度称为最大含汞饱和度Skpmax(相当于强亲水油藏的原始含油饱和度)退汞效率WE：
第51页：毛管力曲线的应用
- 四、毛管力曲线的应用描述储层特征的主要参数：束缚水饱和度、残余油饱和度、孔隙度、绝对渗透率、相对渗透率、岩石润湿性、岩石比面及孔隙喉道大小分布
- 1、岩石储集性能评价毛管力曲线的形态主要受孔隙喉道的分选性及喉道大小控制
- 分选性是指岩石孔隙喉道的几何尺寸大小的分散(或集中)程度
- 岩石孔隙喉道的几何尺寸越集中,则分选性越好，对应的毛管力曲线的中间平缓段越长
- 喉道半径越大,对应的毛管力曲线的中间平缓段位置越低
第52页：
第53页：岩石孔隙结构研究方法
- 2、研究岩石的孔隙结构(
- 1)确定岩石的最大孔喉半径及主要孔喉大小(
- 2)定量评价孔隙喉道的分布
第54页：用毛管力曲线判断润湿性
3、判断岩石的润湿性具体做法：将饱和水的岩样放到离心机上依次做油驱水、水驱油及二次油驱水实验,测出相应的毛管力曲线，比较水驱油和二次油驱水曲线的下包面积，面积小的为润湿相驱替非润湿相
第55页：储层损害程度评价
4、确定注入工作剂对储层的损害程度或增产措施的效果通过对比岩石在接触工作液前后毛管力曲线的特征变化,可判断油层是否受到伤害以及评价增产措施是否有效
第56页：饱和度面上的相间压力差
- 5、水驱油(或气驱油)过程中任一饱和度面上油-水(或气)相间的压力差油藏中水驱油(或气驱油)时,岩石中的流体分布及驱替过程与毛管力测定过程相似
- 因此,任一饱和度面上,油水(或气)相间的压力差(即毛管力)可直接由相应条件下的毛管力曲线查得
- 油藏工程计算中常用此法确定任一饱和度面上油水(或气)相间的压力差
第57页：过渡带内饱和度分布
6、油藏过渡带内流体饱和度的分布
